Voor het eerst is er een volledige kaart gemaakt van alle zenuwcellen en hun onderlinge verbindingen in een dier, de kleine worm Caenorhabditis elegans.

De in de bodem levende rondworm C. Elegans wordt veelvuldig gebruikt in onderzoek, omdat het diertje zo weinig zenuwcellen heeft. Het hermafrodiete exemplaar, dat in wezen vrouwelijk is maar kleine hoeveelheden sperma kan produceren, heeft slechts 302 zenuwcellen. Dat is niks vergeleken met de 86 miljard zenuwcellen die in het menselijke brein verstopt zitten.

Dossier: het raadsel mens
LEES OOK

Dossier: het raadsel mens

Ons lichaam bevat flink wat raadsels. We onderzoeken daar de verbazingwekkendste van en bespreken de bijzondere inzichten waar ze toe leiden.

Een simpele kaart van de 302 zenuwcellen werd gemaakt in de jaren tachtig. Nobelprijswinnaar Sydney Brenner gebruikte toen samen met zijn collega’s een elektronenmicroscoop om minutieuze plakjes van de hermafrodiete worm te bestuderen. ‘Dat was erg belangrijk werk, maar het waren slechts delen van de hele kaart. Het was incompleet. Bovendien miste gegevens over de verbindingen bij het mannelijke exemplaar’, zegt Scott Emmons van het Albert Einstein College van geneeskunde in New York.

De C. Elegans, het eerste dier waar voor het eerst het volledige zenuwstelsel en alle verbindingen van in kaart zijn gebracht. Beeld: Judith Kimble.

Sindsdien hebben Emmons en zijn collega’s, evenals andere onderzoeksgroepen, vergelijkbare manieren gebruikt om de verbindingen tussen zenuwcellen in de mannelijke worm in kaart te brengen. Om het volledige connectoom – de kaart van de neurale verbindingen – te maken, heeft Emmons team  foto’s genomen van de mannelijke worm. Ook heeft hij nieuwe en oude beelden van de hermafrodiet geanalyseerd. ‘Elektromicroscopische foto’s zijn te complex om te laten analyseren door een computer. Daarom zijn alle foto’s bekeken en onderzocht door mensen’, zegt Emmons, die het project sinds 1999 coördineert.

Connectoom

Het team is er zo in geslaagd om een volledige, gedigitaliseerde kaart te maken die de locatie van de zenuwcellen en hun verbindingen laat zien. De kaart laat ook zien hoe sterk de verbindingen onderling zijn.

‘Dit is echt een enorm belangrijk werk waar lang op is gewacht in de wormgemeenschap’ zegt Denise Walker van het MRC Laboratorium van moleculaire biologie in Cambridge, het Verenigd Koninkrijk. ‘Het oorspronkelijke connectoom heeft de hersenwetenschap enorm vooruit geholpen, door te laten zien hoe zenuwcellen werken. Het nieuwe, volledige connectoom zal de vooruitgang alleen maar vergroten.’

Man vs. hermafrodiet

Emmons groep heeft de kaart al gebruikt om de zenuwcellen van de hermafrodiete worm te vergelijken met die van het mannetje. De mannetjes hebben 385 zenuwcellen, waarvan er 294 ook in de hermafrodiet aanwezig zijn. Het lijkt erop dat dertig procent van de verbindingen tussen de zenuwcellen verschillen in sterkte. ‘We weten niet waarom,’ zegt Emmons. ‘Dat was best een verrassing.’

Gezien de aanzienlijke genetische overlap tussen verschillende soorten, kan het connectoom van de C. Elegans ook helpen begrijpen hoe het brein en zenuwcellen werken in andere dieren, waaronder mensen. ‘Het kan ons leren hoe een zenuwcel informatie verwerkt en vertaalt naar een bepaald gedrag’, zegt Arantza Barrios van University College Londen.

Door te bestuderen hoe de genen van de worm uiteindelijk de neurale verbindingen beïnvloeden, hoopt Emmons meer te weten te komen over hoe hersenaandoeningen veroorzaakt worden door afwijkende bedradingen in het brein.